微小的黑洞為高速數(shù)據(jù)啟用了一種新型光電探測器

硅晶圓上的微小“黑洞”構(gòu)成了一種新型光電探測器，可以在世界各地或數(shù)據(jù)中心以更低的成本傳輸更多數(shù)據(jù)。該技術(shù)由加利福尼亞大學(xué)戴維斯分校的電氣工程師和加利福尼亞州Los Altos的W&WSens設(shè)備公司開發(fā)，該公司是一家硅谷創(chuàng)業(yè)公司，在Nature Photonics期刊上發(fā)表的一篇論文中有所描述。

加州大學(xué)戴維斯分校的電氣和計算機工程教授賽義夫·伊斯蘭(Saif Islam)表示：“我們正試圖利用硅片來實現(xiàn)硅通常無法做到的事情。”他與W&WSens Devices Inc.的合作者共同領(lǐng)導(dǎo)了這個項目。速度光電探測器裝置使用諸如砷化鎵之類的材料。“如果我們不需要添加非硅元件，并且可以將電子元件單片集成到單個硅芯片中，那么接收器便宜得多。”

新探測器在硅晶圓上使用錐形孔，將光子側(cè)向轉(zhuǎn)向，保持薄層硅的速度和較厚層的效率。到目前為止，伊斯蘭教的團隊已經(jīng)使用這項新技術(shù)建造了一個實驗性光電探測器和太陽能電池。光電探測器可以將數(shù)據(jù)從光學(xué)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為電子設(shè)備，速度為每秒20千兆字節(jié)(或每秒250億比特，比電纜調(diào)制解調(diào)器快200多倍)，量子效率為50%，這是該效率設(shè)備的最快速度報告。

數(shù)據(jù)中心需要快速連接

為互聯(lián)網(wǎng)“云”提供動力的數(shù)據(jù)中心的增長已經(jīng)產(chǎn)生了對設(shè)備的需求，這些設(shè)備可以在幾碼到幾百碼的短距離內(nèi)非?？焖俚匾苿哟罅繑?shù)據(jù)。伊斯蘭說，這種連接也可用于高速家庭連接。

當計算機工程師想要非常快速地移動大量數(shù)據(jù)時，無論是在世界范圍內(nèi)還是在數(shù)據(jù)中心，他們都使用光纖電纜作為光脈沖傳輸數(shù)據(jù)。但是這些信號需要通過光電探測器在接收端轉(zhuǎn)換為電子脈沖。您可以使用硅作為光電探測器 - 入射光子會產(chǎn)生電子流。但速度和效率之間存在權(quán)衡。為了捕獲大部分光子，硅片需要很厚，這使得它相對較慢。使硅更薄，使其工作更快，太多光子會丟失。

相反，電路設(shè)計人員使用諸如砷化鎵和磷化銦之類的材料來制造高速，高效率的光電探測器。例如，砷化鎵在相同規(guī)模和波長下的效率約為硅的10倍。但它明顯更昂貴，不能與硅電子器件單片集成。

錐形孔作為光阱

伊斯蘭教的團隊開始嘗試通過添加微小的柱子或柱子，然后在硅片上添加孔來提高硅效率的方法。經(jīng)過兩年的實驗，他們確定了一種向底部逐漸變細的孔洞。

“我們想出了一種技術(shù)，可以通過薄硅片橫向彎曲入射光，”伊斯蘭說。

這個想法是光子進入孔并被側(cè)向拉入硅中。晶圓本身厚度約為2微米，但由于它們向側(cè)面移動，光子會穿過30到40微米的硅，就像卵石落入水中時池塘上波浪的波紋一樣。

伊斯蘭教說，這種基于孔的裝置還可以使用比現(xiàn)有技術(shù)更廣泛的光波長范圍。